一种基于后失真技术的传感器非线性校准电路

本发明属于集成电路，尤其涉及一种基于后失真技术的传感器非线性校准电路。

背景技术：

1、随着芯片技术和微传感器技术的发展，对灵敏的微小电信号的检测需求也在日益增强。微传感器可用于检测温度，压力与各种生理化学参数，例如血糖，血氧，乳酸等等。这些传感器通过电化学，红外传感等检测方法，将各种环境参数和生理化学参数变成电参数，例如电流，电压。随着传感器尺寸的不断缩小，检测到的电信号也在不断变得更加微小和敏感。由于酶动力学和植入环境的影响，目前部分电化学传感器呈现出有限的线性检测范围，限制了传感器在高浓度检测环境中的使用。

2、以血糖检测为例，连续血糖监测系统包括由金属、石墨或塑料制成的葡萄糖传感器，线性检测范围有限，需要一种技术对检测结果进行校准。

技术实现思路

1、本发明目的在于提一种基于后失真技术的传感器非线性校准电路,以解决上述的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明的一种基于后失真技术的传感器非线性校准电路的具体技术方案如下：

3、一种基于后失真技术的传感器非线性校准电路，包括三电极电化学电流传感器和后失真电路，所述三电极电化学电流传感器和后失真电路连接，所述三电极电化学电流传感器电路将被检测物质浓度信号转化为电信号，所述后失真电路能够对非线性电流信号做出补偿，使最终输出的电流与被检测物质浓度线性相关。

4、进一步的，所述三电极电化学电流传感器包括对电极ce、参比电极re、工作电极we、电阻rwe、电容cwe、电阻rce、电容cce和两个电阻rsolu，所述电容cwe和电阻rwe并联后与一个电阻rsolu串联，所述电容cce和电阻rce并联后与一个电阻rsolu串联，两个电阻rsolu的两端分别为工作电极we和对电极ce，电阻rwe和电阻rce的连接点为参比电极re。

5、进一步的，所述后失真电路包括后失真模块，所述后失真模块包括nmos管m1、m2、m3、m6、m7、m8，pmos管m4、m5，m1和m2组成电流镜，m4和m5组成电流镜，m4的源极接电源和三电极电化学电流传感器的工作电极we，m5的源极接电源；m1的漏极与对电极ce相连；m3和m6分别为有源负载，以二极管接法分别与m2、m4的漏极及m5、m7的漏极相连；m7的栅极受一个输入偏置电压vbis控制；m8的栅极电压受m6的漏极电压vcal控制，m 1、m2、m7和m8的源极接地。

6、进一步的，所述后失真电路还包括信号运算放大器，所述信号运算放大器使得参比电极电压和参考电压vref相等，输出电压控制m1的栅极，形成负反馈控制。

7、进一步的，所述输入偏置电压vbis能够优化补偿不同三电极电化学电流传感器检测范围以及检测精度不同带来的误差，所述三电极电化学电流传感器电路连接在后失真电路当中，所述三电极电化学电流传感器将被检测物质浓度信号转换为电信号，再通过一条稳压负反馈通路使得参比电极电压稳定。

8、进一步的，当被测物浓度较低时，所述三电极电化学电流传感器产生的电流信号较小，有源负载m6工作在亚阈值区，有源负载m7工作在线性区，此时产生所述最终输出电流信号相对于所述输入的三电极电化学电流传感器电路产生的电流信号呈线性变化；当被检测物质浓度较高时，所述有源负载m6工作在饱和区，所述输入偏置电压vbis使得m8也工作在饱和区，随着输入的三电极电化学电流传感器电路产生的电流信号不断增大，有源负载m6和m7的漏极电压，即m8栅极电位上升，这使得所述最终输出电流信号大幅上升，弥补了原本的非线性区域。

9、进一步的，后失真电路通过输入偏置电压vbis对最终输出电流信号做出了后失真的效果，使得所述三电极电化学电流传感器电路在外界不同浓度的被检测物质下产生的电流信号做出了补偿，从而对三电极电化学电流传感器的特性做出了补偿。

10、进一步的，所述基于后失真技术的传感器非线性校准电路能够用于电化学电流传感器系统、连续血糖监测系统或硅基血糖传感器。

11、本发明的一种基于后失真技术的传感器非线性校准电路具有以下优点：本发明实现了用三电极电化学电流传感器对外界被检测物质浓度的检测与线性校准，可用于三电极电化学电流传感器电路中，与传统的三电极电化学电流传感器电路相比，通过后失真技术弥补三电极电化学电流传感器的非线性，本发明可以在较大的被检测物浓度范围内进行良好的检测，不仅实现对低浓度的检测，而且在较高浓下，也能产生线性度较高的输出电流信号；同时，本发明可以与低成本的硅基传感器相连，使得成本低廉的连续血糖监测变为可能。

技术特征：

1.一种基于后失真技术的传感器非线性校准电路，其特征在于，包括三电极电化学电流传感器和后失真电路，所述三电极电化学电流传感器和后失真电路连接，所述三电极电化学电流传感器电路将被检测物质浓度信号转化为电信号，所述后失真电路能够对非线性电流信号做出补偿，使最终输出的电流与被检测物质浓度线性相关。

2.根据权利要求1所述的基于后失真技术的传感器非线性校准电路，其特征在于，所述三电极电化学电流传感器包括对电极ce、参比电极re、工作电极we、电阻rwe、电容cwe、电阻rce、电容cce和两个电阻rsolu，所述电容cwe和电阻rwe并联后与一个电阻rsolu串联，所述电容cce和电阻rce并联后与一个电阻rsolu串联，两个电阻rsolu的两端分别为工作电极we和对电极ce，电阻rwe和电阻rce的连接点为参比电极re。

3.根据权利要求2所述的基于后失真技术的传感器非线性校准电路，其特征在于，所述后失真电路包括后失真模块，所述后失真模块包括nmos管m1、m2、m3、m6、m7、m8，pmos管m4、m5，m1和m2组成电流镜，m4和m5组成电流镜，m4的源极接电源和三电极电化学电流传感器的工作电极we，m5的源极接电源；m1的漏极与对电极ce相连；m3和m6分别为有源负载，以二极管接法分别与m2、m4的漏极及m5、m7的漏极相连；m7的栅极受一个输入偏置电压vbis控制；m8的栅极电压受m6的漏极电压vcal控制，m1、m2、m7和m8的源极接地。

4.根据权利要求3所述的基于后失真技术的传感器非线性校准电路，其特征在于，所述后失真电路还包括信号运算放大器，所述信号运算放大器使得参比电极电压和参考电压vref相等，输出电压控制m1的栅极，形成负反馈控制。

5.根据权利要求4所述的基于后失真技术的传感器非线性校准电路，其特征在于，所述输入偏置电压vbis能够优化补偿不同三电极电化学电流传感器检测范围以及检测精度不同带来的误差，所述三电极电化学电流传感器电路连接在后失真电路当中，所述三电极电化学电流传感器将被检测物质浓度信号转换为电信号，再通过一条稳压负反馈通路使得参比电极电压稳定。

6.根据权利要求5所述的基于后失真技术的传感器非线性校准电路，其特征在于，当被测物浓度较低时，所述三电极电化学电流传感器产生的电流信号较小，有源负载m6工作在亚阈值区，有源负载m7工作在线性区，此时产生所述最终输出电流信号相对于所述输入的三电极电化学电流传感器电路产生的电流信号呈线性变化；当被检测物质浓度较高时，所述有源负载m6工作在饱和区，所述输入偏置电压vbis使得m8也工作在饱和区，随着输入的三电极电化学电流传感器电路产生的电流信号不断增大，有源负载m6和m7的漏极电压，即m8栅极电位上升，这使得所述最终输出电流信号大幅上升，弥补了原本的非线性区域。

7.根据权利要求6所述的基于后失真技术的传感器非线性校准电路，其特征在于，后失真电路通过输入偏置电压vbis对最终输出电流信号做出了后失真的效果，使得所述三电极电化学电流传感器电路在外界不同浓度的被检测物质下产生的电流信号做出了补偿，从而对三电极电化学电流传感器的特性做出了补偿。

8.根据权利要求6所述的基于后失真技术的传感器非线性校准电路，其特征在于，所述基于后失真技术的传感器非线性校准电路能够用于电化学电流传感器系统、连续血糖监测系统或硅基血糖传感器。

技术总结
本发明属于集成电路技术领域，公开了一种基于后失真技术的传感器非线性校准电路，包括三电极电化学电流传感器和后失真电路，所述三电极电化学电流传感器和后失真电路连接，所述三电极电化学电流传感器电路将被检测物质浓度信号转化为电信号，所述后失真电路能够对非线性电流信号做出补偿，使最终输出的电流与被检测物质浓度线性相关。本发明实现了用三电极电化学电流传感器对外界被检测物质浓度的检测与线性校准，本发明可以在较大的被检测物浓度范围内进行良好的检测，不仅实现对低浓度的检测，而且在较高浓下，也能产生线性度较高的输出电流信号；同时，本发明可以与低成本的硅基传感器相连，使得成本低廉的连续血糖监测变为可能。

技术研发人员：赵博,李祝昊,池俊皓
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/18